FÉMEK: TÖRTÉNELEM, TULAJDONSÁGOK, TÍPUSOK, FELHASZNÁLÁSOK, PÉLDÁK - KÉMIA - 2026

A fémeket olyan elemekből álló csoport képezi, amelyek a periodikus táblázat bal oldalán, a nemfémes hidrogén kivételével, a bal oldalon találhatók. A fémek a kémiai elemek kb. 75% -át teszik ki, tehát elmondható, hogy a természet nagy része fémes.

Azok az fémek, amelyeket az ember eredetileg az őskorban dolgozott fel: arany, ezüst, réz, ón, ólom és vas. Ennek oka az volt, hogy szülőhelyükön voltak, vagy mert könnyen feldolgozhatók volt, hogy hasznos tárgyakat készítsenek.

Kék színű fém elemek. Zöld metalloidok és barna nemfémek

Varázslatosnak tűnik, hogy a sziklák és ásványok halomából fényes és ezüst testek nyerhetők ki (bizonyos fontos és kiemelkedő kivételekkel). Ilyen a bauxit és az alumínium, amelyek agyagköveiből ezt a redukált fémlevelet vagy ezüst papírt kapják.

A fémek az iparágak keretét képezik; kábelezése, reaktorai, egységei, tartályai, valamilyen módon vagy más módon fémekből és ötvözeteikből állnak.

Az első érméket, fegyvereket, szerszámokat és páncélokat fémekkel készítették, amelyeket később járművek, kerékpárok, csónakok, repülőgépek, számítógépek gyártásához használtak fel a modern élet egyéb lényeges tárgyai között.

Történelem

Rézkor

Kohászati ​​terjesztés - Forrás: Metallurgical diffusion.svg, a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International licenc alapján

Kr. E. 9000-ben az első kovácsolt rézfém tárgyakat készítették a Közel-Keleten, amikor az ember rájött, hogy a réz kalapácsa késések készítésével növeli erejét és ellenállását. Ez a rézkor.

Felfedezték, hogy a réz nyerhető kék ásványok, például a korvellit és a malachit melegítésével (ie 4000-3000).

A kalkítikus időszak egy olyan időszak, amely megelőzi a bronzkorot, azaz 5000 és 3000 között van. Az ember kísérletezni kezdett a réz olvadásával és olvasztásával annak érdekében, hogy réz-oxidból kovácsolt réz alakuljon ki.

Bronzkor (BC 3000–1500)

Anyagok a bronzkorból - Forrás: Gaguilella a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International licenc alatt.

Az ember valószínűleg véletlenül ötvözeteket készített, kezdetben rézből és arzénből, később rézből és ónból, hogy bronzot nyújtson a Közel-Keleten.

Az ez időnek megfelelő bronztermékek 87% rézből, 11% ónból és kis mennyiségű vasból, arzénből, nikkelből, ólomból és antimonból álltak.

Vaskor (ie 700)

A kovácsolt réz előállításában szerzett tapasztalatait kovácsoltvas előállítására használta fel a Közel-Keleten. Ugyanebben az időszakban az etruszk por granulálása megtörtént, Olaszország.

Az acél, a vas és a szén ötvözete legkorábbi ismert előállítása az anatóliai régészeti lelőhelyen (ie 1800-ban) a fémdarabokban jelentkezett.

AD 1122 körül, ismeretlen időpontban és helyen öntöttvasat vezettek be. AD 1440-ben előállították a kínai Pekingi Nagy Harangot. Majdnem három évszázaddal később, AD 1709-ben, olvadt vasat koksz felhasználásával állítanak elő tüzelőanyagként.

1779-ben az öntöttvasat Angliában építészeti anyagként használták. 1855-ben Henry Bessenir nyersvasat használt nyersanyagként enyhe acél előállításához. Az angol Clark és Wood (1872) szabadalmaztatott egy ötvözetet, amelyet jelenleg rozsdamentes acélnak tekintnek.

A fémek fizikai tulajdonságai

Ezeknek az ősi harangoknak a bronza mutatja a fémek hasznosságát díszítő vagy vallási célokra. Forrás: Pxhere.

A fémek egyes fizikai tulajdonságai között van:

-A fémek fényes megjelenésűek és képesek visszaverni a fényt.

- Általában jó villamos és hővezető.

-Magas olvadási és forráspontú.

-Malkálhatóak, vagyis kalapálni lehet vékony lemezek előállításához.

-Gyúlékonyak, velük nagyon alacsony átmérőjű huzalokat vagy szálakat gyárthatnak.

- Szilárd állapotban vannak kiszerelve, kivéve a higanyt, amely szobahőmérsékleten folyékony állapotban van, és a galliumot, amely csak olvad, ha a kezed közé szorítja. Az alábbi képen egy higanytartály látható:

- Átlátszatlan testek, vékony lemezeiket nem keresztezi a fény.

- Nagyon kemények, kivéve a nátriumot és a káliumot, amelyek késsel vághatók.

- Nagy sűrűségűek, a legnagyobb sűrűségű ozmium és irídium, a legkisebb lítium pedig.

A fémek kémiai tulajdonságai

A fémek kémiai tulajdonságai között van:

-Valók az elektronok elvesztésére és fémkationok kialakulására, M ^{n +}, ahol n az oxidációs számukot jelöli, amely csak az alkálifém- és alkáliföldfémek esetében egybeesik valenciaszámukkal.

-Ez az elektronegativitás alacsony.

- Korrodálódnak és oxidációs károkat tapasztalnak.

-Bázisos oxidok képződése, ha oxigénnel reagálnak. Ezek az oxidok vízzel kombinálva fém-hidroxidokat képeznek. A fém-oxidok savakkal reagálva sókat és vizet képeznek.

- Jó redukáló szerek, mivel feladják elektronjaikat.

Fém típusok

A fémeket az alábbiak szerint lehet besorolni: lúgos, alkáliföldi, földközi, átmeneti, átmeneti és úgynevezett ritkaföldfémek.

Alkálifémek

A természetben általában nem találhatók szabadon, mert könnyen oxidálódnak. Külső orbitális héjukban suborbital s ¹ van, tehát +1 oxidációs állapotuk van. Fémek, amelyek exoterm reakcióba lépnek a vízzel és erősen redukálnak.

Lúgos földfémek

Ezek alakítható és elasztikus fémek. A csoport elemeinek atomjai s ^2- konfigurációjúak, tehát két elektronot fel tudnak adni és oxidációs állapotuk +2. A berillium kivételével oxidálhatók levegő hatásának kitéve.

Poszt-átmeneti fémek

Ezek az úgynevezett p blokk fémei, amelyek az átmeneti fémek és a periódusos rendszer metalloidjai között helyezkednek el.

A 3. csoport elemeinek oxidációs állapota a leggyakoribb +1 és +3, bár az alumínium oxidációs állapota csak +3. A poszt-átmeneti fémek egy része a 14. és 15. csoportba tartozik.

Átmeneti fémek d

Olyan csoportot képeznek, amely a bázisképző elemek és a savképző elemek között található. A d és f atompályák hiányosak és kitöltőek. Bár az átmeneti fémek alatt az átmeneti fémeket értjük, d.

Az átmeneti fémeknek egynél több oxidációs állapota van. Magasabb olvadáspontú és forráspontúak, mint a fémek más csoportjainál. Az átmeneti fémek egy nagyon heterogén fémcsoport, amely többek között vasat, krómot, ezüstöt stb. Tartalmaz.

Ritkaföldfémek

Ritka földérc

A fémek e csoportját a szkandium és ittrium elemek, valamint a lantanidok és aktinidok sorozatának elemei alkotják. A „ritkaföldfémek” kifejezés arra a tényre utal, hogy nem találhatók meg a természetben tiszta állapotban, és savak által megtámadhatóak.

Alkalmazások

Alkálifémek

Néhány atomerőműben a lítiumot hőátadó közegként használják. Néhány száraz elemben és könnyű akkumulátorban használják. A lítium-klorid és a lítium-bromid higroszkópos vegyületek, amelyeket ipari szárításhoz és légkondicionáláshoz használnak.

A nátriumot a fémek kohászatában használják, például titán és cirkónium. A közvilágításban nátrium-ívlámpákban használják. A nátrium-kloridot (NaCl) élelmiszer-aromaként és a hús tartósítására használják.

Lúgos földfémek

A magnéziumot a fényképezésben használták vakuként és tűzijátékként. A bárium olyan ötvözetek alkotóeleme, amelyeket gyújtógyertyákban használnak, mivel az elem könnyű elektronokat bocsátani ki. A báriumsókat arra használják, hogy korlátozzák a lemezek röntgen károsodását a gyomor-bél traktusban.

A kalciumot az olvadt fémek oldott szennyeződéseinek eltávolítására és a hulladékgázok vákuumcsövekben való eltávolítására használják. Ez a vakolat része, amelyet az építéshez és a csonttörések kezeléséhez használnak.

Poszt-átmeneti fémek

Az alumíniumot, mivel ez könnyű fém, repülőgépek és hajók gyártásához használják. Számos konyhai eszköz gyártására is felhasználják. Nyersanyagként használják az izzadást korlátozó dezodorok gyártásában.

A galliumot magas hőmérsékletű tranzisztorokban és hőmérőkben használják. A ⁶⁷ Ga izotópot az orvostudományban használják egyes melanómák kezelésére. Az ólom az elemek gyártásában és az ionizáló sugárzás elleni védelemben használatos.

Átmeneti fémek

A rézet vízellátó csövekben, hűtőszekrényekben és légkondicionáló rendszerekben használják. A számítógépek hőelvezetési mechanizmusának részeként is használják. Elektromos áramvezetésben, elektromágnesekben és poharak színezésére használják.

A nikkelt rozsdamentes acél előállításához, valamint gitárhúrokhoz és újratölthető akkumulátorokhoz használják. A galvanizáláshoz a fémek védelmében is használják. A jármű alkatrészeiben található ötvözetekben használják, például szelepekben, csapágyakban és fékekben.

A nikkel már régóta használatos érmék készítésében.

A cinket a sárgaréz gyártásában a fémek korrózió elleni védelmére használják. A cink-oxidot és a cink-szulfátot tetőkben, csatornákban és lefolyókban használt lemezek gyártásához használják.

A krómot a fémek korrózió elleni védelmére használják, és fényt adnak nekik. Ezt használják katalizátorként a szintézis reakcióban ammónia (NH ₃). Króm-oxidot használnak a fa védelmére.

Ritkaföldfémek

A Scandiumot alumínium ötvözetekben használják a repülés és űrkutatás területén. Adalékanyag a higanygőzlámpákban.

A lantánt alkáliálló, nagy törésmutatójú üvegekben használják. Ezenkívül kameralencsék gyártásánál és katalitikus krakkolási katalizátorként használják az olajfinomítók számára.

A cériumot kémiai oxidálószerként használják. Ezenkívül üveg és kerámia sárga színezésére, valamint öntisztító kemencék katalizátoraként szolgál.

Példák fém elemekre

Lúgos

Nátrium (Na), kálium (K), cézium (Cs), lítium (Li) és rubidium (Ru).

Lúgos-földes

Berillium (Be), magnézium (Mg), kalcium (Ca), stroncium (Sr), bárium (Ba) és rádium (Ra).

Utáni átmeneti

Alumínium (Al), gallium (Ga), indium (In), tallium (Tl), ón (Sn) és ólom (Pb).

Átmeneti

Titán (Ti), vanádium (V), króm (Cr), mangán (Mn), vas (Fe), kobalt (Co), nikkel (Ni), réz (Cu), cink (Zn), cirkónium (Zr), niobium (Nb), molibdén (Mo), palládium (Pd), ezüst (Ag), volfrám (W), renium (Re), ozmium (Os), iridium (Ir), Platinum (Pt), arany (Au) és higany (Hg).

Ritkaföldfémek

Skandium (Sc), ittrium (Y), lantán (La), cérium (Ce), prazeodímium (Pr), neodímium (Nd), szamárium (Sm), európium (Eu), gadolínium (Gd), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb) és lutecium (Lu).

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. október 05.). Fémek és nem fémek. Helyreállítva: gondolat.com
4. Fémek és tulajdonságaik - fizikai és kémiai.. Helyreállítva: csun.edu
5. Jonathan Maes. (2019). 18 Különböző fémetípusok (tények és felhasználás). Helyreállítva: makeitfrommetal.com